CN106443075A - 一种用于原子力显微镜的温控样品台和温控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于原子力显微镜的温控样品台和温控系统。其中，温控样品台包括台面板、样品池和温控室。样品池设于台面板上，内固定有测温探头；测温探头外接有测温接头。温控室设于台面板下方，为样品池正下方的腔体，内设有半导体温控片和散热盘管。半导体温控片外接有温控接头。散热盘管外接有进水接头和出水接头。温控系统由温度测控仪、蠕动泵以及上述的温控样品台组成。温度测控仪连接测温探头和半导体温控片。蠕动泵连接散热盘管。本发明由于样品池尺寸本身很小，因此，温度调整快捷，并且目标温度控制精确，而且能耗小。

Description

一种用于原子力显微镜的温控样品台和温控系统
技术领域
本发明涉及原子力显微镜下的配件，特别涉及原子力显微镜下能够进行样品池温度调控的样品台。
背景技术
原子力显微镜是一种广泛使用的科研仪器，用于观察样品表面分子级的性征和进行单分子的力谱实验。原子力显微镜使用时，温度是一项非常重要的环境因素，因为单分子力谱数据与环境温度相关。现有技术下，原子力显微镜环境温度控制是通过控制大环境温度而实现。比如将原子力显微镜放置在温度可调的室内，或者将原子力显微镜放置在温度可调的密封箱内。无论室内还是密封箱，由于需要调整温度的空间太大，将温度调整至目标温度需要耗费较长时间，而且温度调整不够精确，能耗较高。
发明内容
本发明所要解决的问题是原子力显微镜进行单分子的力谱实验时的环境温度控制，使其能够快速调整温度，并且提高温度控制的精确度，并降低能耗。
为解决上述问题，本发明采用的方案如下：
根据本发明的一种用于原子力显微镜的温控样品台，包括台面板、样品池和温控室；台面板为圆形盘面结构；样品池设于台面板上，内固定有测温探头；测温探头外接有测温接头；温控室设于台面板下方，为样品池正下方的腔体，内设有半导体温控片和散热盘管；半导体温控片位于散热盘管的上方，并紧贴台面板；半导体温控片外接有温控接头；散热盘管外接有进水接头和出水接头。
进一步，根据本发明的用于原子力显微镜的温控样品台，样品池是由台面板上方圆环体所围成的结构；温控室 是由台面板下方带有侧向开口的圆环体所围成的结构；围成温控室的圆环体与围成样品池的圆环体直径相同，并具有相互重合的中心轴。
进一步，根据本发明的用于原子力显微镜的温控样品台，温控接头、进水接头和出水接头位于温控室之外；温控接头通过穿过侧向开口的控制线连接半导体温控片；进水接头和出水接头通过穿过侧向开口的管体连接散热盘管。
进一步，根据本发明的用于原子力显微镜的温控样品台，还包括温控腔盖；温控腔盖用于封闭温控室的底端；温控腔盖和温控室通过螺纹方式相互固定。
进一步，根据本发明的用于原子力显微镜的温控样品台，温控室内还设有软垫塞；软垫塞用于填充温控室，限制散热盘管在温控室内的移动，使散热盘管紧贴在半导体温控片的下方。
进一步，根据本发明的用于原子力显微镜的温控样品台，台面板、样品池和温控室是由不锈钢制成的一体化结构。
根据本发明的一种用于原子力显微镜的温控系统，包括温度测控仪、蠕动泵以及上述的用于原子力显微镜的温控样品台；所述温度测控仪通过测温接头和温控接头分别连接测温探头和半导体温控片；所述蠕动泵通过进水接头和出水接头连接散热盘管；所述温度测控仪通过测温探头获取样品池内的温度，然后将其与目标温度对比，当样品池内的温度与目标温度不一致时，通过控制半导体温控片的电流大小和电流方向对样品池进行加热或制冷，从而将样品池内的温度调整至目标温度，或维持目标温度。
本发明的技术效果如下：本发明设计了一种温控样品台和温控系统，使得原子力显微镜的温控调整限于样品台上的样品池。由于样品池尺寸本身很小，因此，温度调整快捷，并且目标温度控制精确，而且能耗小。具体来说，本发明能够在三分钟内使样品池达到目标温度，并且温度稳定在±0.1℃，样品池温度控制区间为0~50℃。
附图说明
图1是本发明温控样品台实施例的部件拆分结构示意图。
图2是本发明温控系统实施例的结构示意图，其中温控样品台为部件组装后的结构。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。
实施例1
本实施例是一种用于原子力显微镜的温控样品台，如图1、图2所示，包括台面板11、样品池12和温控室13。台面板11为圆形盘面结构，直径为6~10厘米。样品池12设于台面板11上，由台面板11上方圆环体所围成的结构。样品池12内固定有测温探头21。测温探头21外接有测温接头31。本实施例中，测温探头21通过粘贴的方式固定在样品池12内。
温控室13设于台面板11下方，是位于样品池12的下方的腔体。具体来说，温控室13是由台面板11下方带有侧向开口132的圆环体所围成的结构。围成温控室13的圆环体与围成样品池12的圆环体直径相同，并具有相互重合的中心轴。样品池12和温控室13的直径为2~4厘米。台面板11、样品池12和温控室13是由不锈钢制成的一体化结构。
温控室13内设有半导体温控片22、散热盘管23和软垫塞24，底端通过温控腔盖14密封。温控腔盖14上设有外螺纹141，构成温控室13的圆环体设有内螺纹131。外螺纹141与内螺纹131相啮合，由此，使得温控腔盖14和温控室13通过螺纹方式相互固定。
半导体温控片22位于散热盘管23的上方，并紧贴台面板11。本实施例中，半导体温控片22通过粘贴的方式粘贴在台面板11下方。半导体温控片22是根据珀耳帖效应制成的半导体器件，用于对样品池进行加热或制冷。半导体温控片22外接有温控接头32。也即，温控接头32位于温控室13之外，通过穿过侧向开口132的控制线连接半导体温控片22。
散热盘管23位于半导体温控片22的下方，并位于软垫塞24的上方。散热盘管23是由直径2~4毫米的铜管盘成盘状而制成。散热盘管23外接有进水接头331和出水接头332。也即，进水接头331和出水接头332位于温控室13之外，通过穿过侧向开口132的管体连接散热盘管23。
软垫塞24位于散热盘管23的下方，并位于温控腔盖14的上方，由软性材料制成的圆柱体。软性材料比如TPU或橡胶。软垫塞24用于填充温控室13，限制散热盘管23在温控室13内的移动，使散热盘管23紧贴在半导体温控片22的下方。
实施例2
本实施例是一种用于原子力显微镜的温控系统，如图2所示，温度测控仪41、蠕动泵42以及实施例1中的用于原子力显微镜的温控样品台。温度测控仪41通过测温接头31和温控接头32分别连接测温探头21和半导体温控片22。蠕动泵42通过进水接头331和出水接头332连接散热盘管23。
温度测控仪41是由单片机制成的样品池温度控制器，用于控制样品池12内的温度。具体来说，温度测控仪41通过测温探头21获取样品池12内的温度，然后将其与设定的目标温度对比，当样品池12内的温度与目标温度不一致时，通过控制半导体温控片22的电流大小和电流方向对样品池12进行加热或制冷，从而将样品池12内的温度调整至目标温度，或维持目标温度。

Claims (7)

1.一种用于原子力显微镜的温控样品台，其特征在于，包括台面板(11)、样品池(12)和温控室(13)；台面板(11)为圆形盘面结构；样品池(12)设于台面板(11)上，内固定有测温探头(21)；测温探头(21)外接有测温接头(31)；温控室(13)设于台面板(11)下方，为样品池(12)正下方的腔体，内设有半导体温控片(22)和散热盘管(23)；半导体温控片(22)位于散热盘管(23)的上方，并紧贴台面板(11)；半导体温控片(22)外接有温控接头(32)；散热盘管(23)外接有进水接头(331)和出水接头(332)。
2.如权利要求1所述的用于原子力显微镜的温控样品台，其特征在于，样品池(12)是由台面板(11)上方圆环体所围成的结构；温控室(13) 是由台面板(11)下方带有侧向开口(132)的圆环体所围成的结构；围成温控室(13)的圆环体与围成样品池(12)的圆环体直径相同，并具有相互重合的中心轴。
3.如权利要求2所述的用于原子力显微镜的温控样品台，其特征在于，温控接头(32)、进水接头(331)和出水接头(332)位于温控室(13)之外；温控接头(32)通过穿过侧向开口(132)的控制线连接半导体温控片(22)；进水接头(331)和出水接头(332)通过穿过侧向开口(132)的管体连接散热盘管(23)。
4.如权利要求2所述的用于原子力显微镜的温控样品台，其特征在于，还包括温控腔盖(14)；温控腔盖(14)用于封闭温控室(13)的底端；温控腔盖(14)和温控室(13)通过螺纹方式相互固定。
5.如权利要求2所述的用于原子力显微镜的温控样品台，其特征在于，温控室(13)内还设有软垫塞(24)；软垫塞(24)用于填充温控室(13)，限制散热盘管(23)在温控室(13)内的移动，使散热盘管(23)紧贴在半导体温控片(22)的下方。
6.如权利要求1所述的用于原子力显微镜的温控样品台，其特征在于，台面板(11)、样品池(12)和温控室(13)是由不锈钢制成的一体化结构。
7.一种用于原子力显微镜的温控系统，其特征在于，包括温度测控仪(41)、蠕动泵(42)、以及如权利要求1或2或3或4或5或6所述的用于原子力显微镜的温控样品台；所述温度测控仪(41)通过测温接头(31)和温控接头(32)分别连接测温探头(21)和半导体温控片(22)；所述蠕动泵(42)通过进水接头(331)和出水接头(332)连接散热盘管(23)；所述温度测控仪(41)通过测温探头(21)获取样品池(12)内的温度，然后将其与目标温度对比，当样品池(12)内的温度与目标温度不一致时，通过控制半导体温控片(22)的电流大小和电流方向对样品池(12)进行加热或制冷，从而将样品池(12)内的温度调整至目标温度，或维持目标温度。
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